EP0096618A1 - Procédé de fusion métallurgique et four à arc pour sa mise en oeuvre - Google Patents

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EP0096618A1 EP83401045A EP83401045A EP0096618A1 EP 0096618 A1 EP0096618 A1 EP 0096618A1 EP 83401045 A EP83401045 A EP 83401045A EP 83401045 A EP83401045 A EP 83401045A EP 0096618 A1 EP0096618 A1 EP 0096618A1
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Jean-Pierre Motte
Ghislain Maurer
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Clecim SAS
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Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Clecim SAS
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to electric arc fusion techniques of the type used in metallurgy, for melting metals and alloys, or all conductive materials.
  • Arc furnaces are used in metallurgy which make it possible to cause an electric current to flow through a conductive mass to be melted by at least one electric arc created between this mass and a vault electrode disposed above it.
  • ovens of this kind operate most often with three-phase alternating current, applied to three vault electrodes arranged above the ground to be melted.
  • three arcs are therefore created, respectively between each of the electrodes and the ground to be melted which represents the neutral, and each of these arcs operates on alternating current, each electrode being alternately at the positive pole and at the negative pole.
  • This solution has the disadvantage of being costly in terms of consumption of electrodes, as well as of limiting the power of electric heating due to difficulties linked to the instability of the arcs.
  • the invention provides the advantage over known techniques, of allowing a DC power supply while avoiding the use of a power electrode on the floor, so that it becomes possible to take advantage of operating facilities. brought by direct current at high powers.
  • Its subject is a metallurgical fusion process, according to which causes the circulation of an electric current in a conductive mass to be melted, by at least one electric arc created between this mass and a power electrode in a vault, which is characterized in that two such electric arcs are created, each with one of the electrodes of a pair of two electrodes, which are each supplied with direct current, respectively under two different polarities.
  • the invention also relates to a metallurgical melting furnace, allowing the implementation of such a method, furnace characterized in that it compert at least one pair of power electrodes in a vault, for the creation of arcs electric between each electrode and the metallic mass to be melted, and electric supply means for applying a direct current to each of the electrodes of said pair, respectively under two different polarities.
  • the oven is equipped with a conductive probe in contact with the mass to be melted through the bottom of the oven, this probe, sensitive to the potential taken by the mass, allowing this information to be used for monitoring. parameters of the arcs in the usual electrode regulation equipment.
  • the oven shown comprises in a conventional manner a metal tank 1, covered by a removable vault 18, the tank supported by a frame 2, is completed internally by a refractory lining 3 in its lower part 5 and by cooled panels 4 in its upper part 17.
  • This tank thus defines the "laboratory" of the furnace, that is to say the enclosure for receiving the solid metallic charge to be melted (generally scrap).
  • the liquid metallic mass formed 10 collects in the lower part 5 which thus gradually fills until the end of the melting, as shown in the figure.
  • two electrodes 6 and 7 penetrate vertically into the upper part of the oven.
  • These electrodes are generally made of graphite.
  • the metal charge is fused electrically, by circulating a electric current thanks to arcs created between each electrode and this charge. According to the invention, it is a direct current, the electrodes 6 and 7 being connected respectively to the two opposite terminals of a direct current source with thyristor 8. In operation, the melt 10 is therefore found, relative to the electric neutral 9 of the tank, at a floating potential intermediate between those of the two electrodes of opposite polarities.
  • the oven is equipped to make it possible to detect this floating potential and to use it in the regulation of the power electrodes 6, 7.
  • a conductive probe 11 passes through the tank 1 and the refractory lining 3, at the bottom of the oven, so that its end is in contact with the molten mass 10.
  • it has no direct role in the transmission of the electric power necessary for fusion, it is in the form of a metal rod of relatively large diameter weak (for example 5 or 10 cm), possibly surrounded by a cooling jacket to slow the melting of its end in contact with the bath.
  • the two electrodes 6 and 7 are carried by devices which make it possible to move them vertically, in a manner which is moreover in itself conventional from the mechanical point of view.
  • a support bracket comprising a horizontal arm 12 (or 22) at the end of which is fixed the electrode 7 (or 6) and which slides on a vertical mast 13 (or 23) under the control d '' a cylinder system driven by an electric motor 14 (or 24).
  • the displacement of the electrodes makes it possible to bring these very close to the scrap iron to strike the arcs at the start of a fusion operation, then to move them away once the arcs strike and to adjust the length of the arcs throughout the fusion operation based on information provided by the potential probe 11.
  • two identical regulation assemblies are associated respectively with the two electrodes 6 and 7 of opposite polarities.
  • Each comprises a voltage measuring device 15 (or 25) mounted between the supply conductor of the electrode 7 (or 6) and the end of the probe 11 outside the oven, and a regulator 16 (or 26) which controls the rotation of the motor 14 (or 24) so as to maintain the potential difference measured by the device 15 (or 25) at a predetermined set value.
  • the oven according to the invention may have more than two electrodes, although it is not generally beneficial to increase the number of these electrodes, which are consumed quickly and all the more quickly as the power transmitted is higher.
  • the probe for detecting the potential of the mass in the course of fusion is practically not consumed and that it is easy to cool with an efficiency which prevents it from heating up until fusion.

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Abstract

Ce four comporte au moins une paire de deux électrodes de puissance (6, 7) en voûte (18) pénétrant dans une partie supérieure (17) du four, pour la création d'arcs électriques entre chaque électrode et la charge métallique à fondre, et une source d'alimentation électrique (8) pour appliquer un courant continu à chacune des électrodes (6, 7) de ladite paire, respectivement sous deux polarités différentes, ainsi de préférence qu'une sonde (11) de détection du potentiel de la masse fondue (10), en contact électrique avec ladite masse à travers le fond du four.

Description

  • La présente invention concerne les techniques de fusion par arc électrique du type de celles qui sont utilisées en métallurgie, pour fondre les métaux et alliages, ou tous matériaux conducteurs.
  • On utilise en métallurgie des fours à arc qui permettent de provoquer la circulation d'un courant électrique à travers une masse conductrice à fondre par au moins un arc électrique créé entre cette masse et une électrode de voûte disposée au-dessus d'elle.
  • Actuellement, les fours de ce genre fonctionnent le plus souvent avec du courant alternatif triphasé, appliqué sur trois électrodes de voûte disposées au-dessus de la masse à fondre. On crée donc en fait trois arcs, respectivement entre chacune des électrodes et la masse à fondre qui représente le neutre, et chacun de ces arcs fonctionne en courant alternatif, chaque électrode étant alternativement au pôle positif et au pôle négatif. Cette solution a l'inconvénient d'être coûteuse en consommation d'électrodes, ainsi que de limiter la puissance de chauffage électrique en raison de difficultés liées à l'instabilité des arcs.
  • Pour résoudre ces problèmes, il a déjà été proposé une solution selon laquelle l'alimentation électrique s'effectue en courant continu, avec création d'un arc unique. Mais la disposition connue implique alors qu'une autre électrode, de polarité opposée à celle qui est disposée au-dessus de la masse à fondre, traverse la sole du four pour assurer grâce à un contact électrique direct avec le fond de cette masse le retour du courant. On se heurte alors à des difficultés de montage et de fonctionnement, liées à cette électrode, de puissance en sole. Les limites technologiques imposées par la nécessité de traverser les parois réfractaires du four, le contact avec les métaux en cours de fusion, le dimensionnement de l'électrode, la nécessité de la refroidir, etc... font que l'on ne sait pas conduire de cette manière les fortes puissances qui seraient souhaitables pour les fours de grande capacité.
  • L'invention apporte l'avantage par rapport aux techniques connues, de permettre une alimentation en courant continu tout en évitant l'emploi d'une électrode de puissance en sole, de sorte qu'il devient possible de mettre à profit des facilités de fonctionnement apportées par le courant continu aux fortes puissances.
  • Elle a pour objet un procédé de fusion métallurgique, suivant lequel on provoque la circulation d'un courant électrique dans une masse conductrice à fondre, par au moins un arc électrique créé entre cette masse et une électrode de puissance en voûte, qui se caractérise en ce que l'on crée deux tels arcs électriques, chacun avec l'une des électrodes d'une paire de deux électrodes, que l'on alimente chacune en courant continu, respectivement sous deux polarités différentes.
  • L'invention a aussi pour objet un four de fusion métallurgique, permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé, four caractérisé en ce qu'il comperte au moins une paire d'électrodes de puissance en voûte, pour la création d'arcs électriques entre chaque électrode et la masse métallique à fondre, et des moyens d'alimentation électrique pour appliquer un courant continu à chacune des électrodes de ladite paire, respectivement sous deux polarités différentes.
  • De préférence, il est prévu que le four soit équipé d'une sonde conductrice en contact avec la masse à fondre à travers le fond du four, cette sonde, sensible au potentiel pris par la masse, permettant d'utiliser cette information pour le contrôle des paramètres des arcs dans l'équipement habituel de régulation des électrodes.
  • D'autres particularités de l'invention ressortent de la description donnée ci-après d'un mode de réalisation particulier, nullement limitatif, où le four de fusion utilisé dans la mise en oeuvre de l'invention est constitué comme il apparaît sur la figure unique jointe, qui le représente schématiquement en coupe verticale partielle.
  • Le four représenté comporte d'une manière classique une cuve métallique 1, recouverte par une voûte amovible 18, la cuve soutenue par un bâti 2, est complétée intérieurement par un garnissage réfractaire 3 dans sa partie inférieure 5 et par des panneaux refroidis 4 dans sa partie supérieure 17. Cette cuve définit ainsi le "laboratoire" du four, c'est-à-dire l'enceinte de réception de la charge métallique solide à fondre (généralement des ferrailles).
  • Au cours de la fusion, la masse métallique liquide formée 10 se rassemble dans la partie inférieure 5 qui se remplit ainsi progressivement jusqu'au terme de la fusion, comme montré sur la figure.
  • Par les orifices 19, 20 ménagés au travers de la voûte 18, deux électrodes 6 et 7 pénètrent verticalement dans la partie supérieure du four. Ces électrodes sont généralement en graphite. La fusion de la charge métallique est assurée électriquement, en y faisant circuler un courant électrique grâce à des arcs créés entre chaque électrode et cette charge. Conformément à l'invention, il s'agit d'un courant continu, les électrodes 6 et 7 étant reliées respectivement aux deux bornes opposées d'une source de courant continu à thyristor 8. En fonctionnement, la masse fondue 10 se trouve donc, par rapport au neutre électrique 9 de la cuve, à un potentiel flottant intermédiaire entre ceux des deux électrodes de polarités opposées.
  • Le four est équipé pour permettre de détecter ce potentiel flottant et de l'utiliser dans la régulation des électrodes de puissance 6, 7. A cet effet, une sonde conductrice 11 traverse la cuve 1 et le garnissage réfractaire 3, au fond du four, de sorte que son extrémité soit en contact avec la masse en fusion 10. Comme elle n'a pas de rôle direct dans la transmission de la puissance électrique nécessaire à la fusion, elle se présente sous la forme d'une tige métallique de diamètre relativement faible (par exemple 5 ou 10 cm), entourée éventuellement par une chemise de refroidissement pour freiner la fusion de son extrémité au contact du bain.
  • Les deux électrodes 6 et 7 sont portées par des dispositifs qui permettent de les déplacer verticalement, d'une manière qui est d'ailleurs en elle-même classique du point de vue mécanique. On a ainsi représenté pour chaque électrode une potence support comprenant un bras horizontal 12 (ou 22) à l'extrémité duquel est fixée l'électrode 7 (ou 6) et qui coulisse sur un mât vertical 13 (ou 23) sous la commande d'un système de vérin entrainé par un moteur électrique 14 (ou 24). Le déplacement des électrodes permet d'amener celles-ci tout près des ferrailles pour amorcer les arcs au début d'une opération de fusion, puis de les éloigner une fois les arcs amorcés et de régler la longueur des arcs tout au long de l'opération de fusion à partir des informations fournies par la sonde de potentiel 11.
  • Ainsi, dans l'exemple considéré, deux ensembles de régulation identiques sont associés respectivement aux deux électrodes 6 et 7 de polarités opposées. Chacun comporte un dispositif de mesure de tension 15 (ou 25) monté entre le conducteur d'alimentation de l'électrode 7 (ou 6) et l'extrémité de la sonde 11 extérieure au four, et un régulateur 16 (ou 26) qui commande la rotation du moteur 14 (ou 24) de manière à maintenir à une valeur de consigne prédéterminée, la différence de potentiel mesurée par le dispositif 15 (ou 25).
  • Naturellement l'invention n'est en rien limitée par les précisions apportées ci-dessus dans la description d'une réalisation particulière. Ainsi, notamment, le four selon l'invention peut comporter plus de deux électrodes, bien que l'on n'ait pas en général intérêt à augmenter le nombre de ces électrodes, qui se consomment rapidement et d'autant plus vite que la puissance transmise est plus élevée. On remarquera à ce sujet que la sonde de détection du potentiel de la masse en cours de fusion ne se consomme pratiquement pas et qu'elle est facile à refroidir avec une efficacité qui évite qu'elle s'échauffe jusqu'à la fusion.

Claims (6)

1) Procédé de fusion métallurgique, suivant lequel on provoque la circulation d'un courant électrique dans une charge métallique à fondre, par au moins un arc électrique créé entre cette charge et une électrode de puissance (6) disposée au-dessus d'elle, caractérisé en ce que l'on crée deux tels arcs électriques, chacun entre ladite charge et l'une des électrodes d'une paire de deux électrodes (6, 7), que l'on alimente chacune en courant continu, respectivement sous deux polarités différentes.
2) Procédé selon la revendications 1, caractérisé en ce que l'on détecte le potentiel pris en fonctionnement par ladite masse (10).
3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pendant la fusion, on maintient à une valeur de consigne prédéterminée la différence de potentiel entre chaque électrode et ladite masse en agissant sur la position de cette électrode.
4) Four de fusion métallurgique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire d'électrodes de puissance (6, 7) en voûte (18) pénétrant dans la partie supérieure (17) du four, pour la création d'arcs électriques entre chaque électrode et la masse métallique à fondre, et une source d'alimentation électrique (8) pour appliquer un courant continu à chacune des électrodes (6, 7) de ladite paire, respectivement sous deux polarités différentes.
5) Four selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde (11) de détection du potentiel de la masse fondue (10), en contact électrique avec ladite masse à travers le fond du four.
6) Four selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15, 25) pour mesurer la différence de potentiel entre chaque électrode (7, 6) et ladite sonde (11) et des moyens (16, 26) pour la maintenir à une valeur de consigne prédéterminée par réglage de la position de l'électrode correspondante en déplacement vertical.
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